Análise dinâmica de torres de energia eólica

Abstract

Neste trabalho estuda-se o comportamento dinâmico de torres de aerogeradores utilizando-se a teoria de Euler-Bernoulli com acoplamento torre-aerogerador. O corpo da torre é considerado uma estrutura metálica uniforme, como uma viga engastada, de secção circular cujo momento de inércia é constante. O aerogerador, composto pelas pás da turbina, rotor e nascele, é considerado como uma massa conectada à extremidade da torre e sujeita a carregamentos dinâmicos. A análise não-linear é feita levando-se em conta o acoplamento da torre eólica e do aerogerador. Deduziu-se uma equação não-linear para modelar o comportamento da torre eólica baseada no método variacional de Hamilton onde se aplicaram carregamentos periódicos na extremidade da torre eólica. É mostrada a variação dos modos normais de vibração com a massa associada ao aerogerador. A equação diferencial parcial não-linear obtida foi transformada em um sistema de equações de segunda ordem no tempo através do método de discretização de Galerkin. As equações obtidas na solução do sistema dinâmico torre-aerogerador são utilizadas para estudar a resposta dinâmica do sistema quando submetido à cargas periódicas. Baseando-se nestas respostas mostra-se o papel da variação de cada parâmetro da equação na resposta não linear e linear da torre eólica. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

In this paper we study the dynamic behaviour of wind turbine towers using the Euler- Bernoulli theory of coupled tower-turbine. The body of the tower is considered a uniform metallic structure, such as an embedded beam of circular cross section whose moment of inertia is constant. The wind turbine, comprising the turbine blades, rotor and nascele, is regarded as a mass attached to the end of the tower and subject to dynamic loading. The nonlinear analysis is performed taking into account the coupling of wind tower and turbine. It was deduced a nonlinear equation to model the behaviour of the wind tower based on Hamilton's variational method where periodic loads are applied at the end of the wind tower. It is shown the variation of the normal modes of vibration associated with the mass of the turbine. The partial differential nonlinear equation obtained was transformed into a system of second order in time equations by the Galerkin discretization method. The equations obtained in the solution of the dynamic system, wind turbine tower are used to study the dynamic response of the system when subjected to periodic loads. Based on these responses one shows the role of variation of each parameter of the equation in the nonlinear and linear response of wind tower.